Este caso representa um consumidor que já possui sistema de produção fotovoltaica com 1,5kW (6 painéis de 250W) de potência instalada e pretende adicionar sistema de armazenamento, sem expansão da produção fotovoltaica.
Figura 24 - Habitação do Caso de Estudo 2
A habitação situa-se Porto e como demonstra a Figura 24, os painéis estão um pouco desviados para Oeste, cerca de 7º, valor que é inserido no simulador. A Tabela 3.5 indica a tarifa e o regime anterior do consumidor:
Potência Contratada 6,9 kVA Preço Potência Contratada 0,3118 €/dia
Tarifa Bi-horária
Ciclo Diário
Preço Vazio 0,1024 €/kWh Preço Fora Vazio 0,1875 €/kWh
Tabela 3.5 - Características da Habitação Caso de Estudo 2
Os painéis existentes não estão em regime de autoconsumo, sendo injetada na rede toda a produção fotovoltaica. O novo regime de funcionamento dos painéis, que passarão para regime de autoconsumo, permitirá diminuir a potência contratada de 6,9kVA para 5,75kVA. Não foi possível o acesso aos valores da produção fotovoltaica, tendo sido apenas disponibilizado os consumos para os meses de outubro, novembro e dezembro. Com base no histórico de clientes Muon Electric, foram extrapolados, a partir destes valores, os consumos para os restantes meses, obtendo-se um consumo anual de cerca de 4800 kWh. A condição dos painéis é desconhecida, pelo que, no simulador, foram considerados como novos, apesar de estes terem cerca de 8 anos.
3.2 Caso de Estudo 2
HISTÓRICO DE CONSUMOS (kWh) Fora Vazio Vazio Janeiro 400 215 Fevereiro 341 184 Março 204 110 Abril 244 132 Maio 265 143 Junho 211 114 Julho 240 129 Agosto 237 127 Setembro 221 119 Outubro 219 118 Novembro 225 121 Dezembro 313 168
Tabela 3.6 - Histórico de Consumos do Caso Estudo 1
Trata-se, portanto, de uma BTN C (Potência Contratada <= 13,8 kVA; Consumo Anual < 7140 kWh), e após a inserção dos dados no simulador foram obtidos os seguintes resultados:
Nova Potência Contratada 5,75 kVA Novo Preço Potência Contratada 0,283 €/dia
Nova Tarifa Bi-horária
Novo Ciclo Diário
Novo Preço Vazio 0,085 €/kWh Novo Preço Fora Vazio 0,185 €/kWh
Tabela 3.7 - Novas tarifas Caso Estudo 2
A mudança de tarifa para a Muon Electric corresponde a uma poupança de cerca 5.5% da fatura anual do consumidor.
Antes da instalação do Kit Fotovoltaico MUON, a distribuição do consumo da rede de 4800kWh anuais do cliente é dada pelo seguinte Figura 25:
Após a instalação do Kit Fotovoltaico RCT Power, o consumo da rede decresce para cerca de 2500kWh (52% do consumo pré-instalação do kit) e é dado pelo seguinte gráfico:
Figura 26 - Distribuição do Consumo da Rede depois da instalação do Kit Fotovoltaico (Caso de Estudo 2)
Assim como no Caso de Estudo 1, não só o consumo diminuiu, como também inverteu a sua distribuição, sendo agora a maioria da energia consumida durante o período de Vazio.
Analisando a Figura 27, para um dia típico de janeiro, podemos observar que a produção fotovoltaica é toda autoconsumida, nunca sobrando energia destinada para armazenamento, muito menos para venda à RESP. Durante os meses de Inverno, para este caso, poder-se-ia estudar a possibilidade de a bateria funcionar segundo o modelo de Só Armazenamento, demonstrado no Caso de Estudo 3 (Capítulo 3.3). No entanto, como será referido no capítulo posterior, ainda não o é tecnicamente possível, pelo que essa opção não foi considerada, visto que estes resultados foram apresentados ao cliente.
3.2 Caso de Estudo 2
O estado de carga da bateria para um mês típico de Inverno, ao contrário do Caso de Estudo 1, nem sequer é apresentado, visto ser nulo durante este período.
Para os meses de Verão, a situação pode ser resumida pelas Figuras 28 e 29:
Figura 28 - Desempenho Energético do Sistema para um dia típico de Verão (Caso de Estudo 2)
No mês de junho, é possível observar que a produção fotovoltaica foi toda autoconsumida instantaneamente ou armazenada nas baterias. O cliente foi autossuficiente entre aproximadamente as 07:15 e as 22:15, ou seja, um período de 15h.
Figura 29 - Estado de Carga para um dia típico de Verão (Caso de Estudo 2)
Observando a Figura 29, podemos concluir que 3,8kWh corresponde a um sobredimensionamento do sistema de armazenamento, visto que esta nunca fica totalmente carregada. No entanto, como este é apresentado em valores discretos, e foi escolhido o menor valor possível para a capacidade das baterias, não há como contornar esta situação, excetuando a instalação de mais painéis fotovoltaicos. Analisando as situações correspondentes aos períodos de Inverno e de Verão, foi proposto
O novo consumo anual do cliente é dado pela seguinte distribuição:
Figura 30 - Distribuição do Consumo (Caso de Estudo 2)
A maioria da energia consumida na habitação é proveniente, direta ou indiretamente, dos painéis fotovoltaicos (53%), e apenas 12% da sua totalidade é consumida durante o período Fora de Vazio, situação bastante atrativa do ponto de vista económico. O consumo a partir da rede foi reduzido a 52% do seu valor inicial.
A distribuição da produção fotovoltaica é dada pela Figura 31:
Figura 31 - Distribuição da Produção PV (Caso de Estudo 2)
3.3 Caso de Estudo 3
Os resultados obtidos para o dimensionamento do sistema estão resumidos na Tabela 3.8:
Potência a Instalar 0 kW Capacidade Baterias 3,8 kWh Custo de Investimento 4 745 €
Período de Retorno Superior a 25 anos Poupança Anual 18%
Tabela 3.8 - Resultados Caso Estudo 2
Não é apresentado o valor específico para o Período de Retorno, visto ser superior ao tempo de vida dos equipamentos com maior longevidade, os painéis fotovoltaicos, e por isso, irrelevante.
A poupança anual é relativamente pequena, quando comparada com o Caso de Estudo 1, porque é apenas contabilizado o valor da energia produzida em excesso que foi armazenada e consumida posteriormente, sendo excluído da equação o valor da energia autoconsumida instantaneamente. Isto porque uma vez que os painéis já estão instalados, é uma poupança que o cliente vai ter, quer adquira ou não o kit RCT Power.
É possível analisar mais aprofundadamente a análise económica do Caso de Estudo 2 na Tabela 5.2, presente no Anexo G.
3.3 Caso de Estudo 3
O modelo que dispõe apenas de sistema de armazenamento ainda está em desenvolvimento. A RCT Power APP ainda não permite definir o período de descarregamento, sendo apenas possível programar a bateria para que esta comece a carregar a uma determinada hora. No entanto, a partir do momento em que esta se encontra completamente carregada, descarrega sempre que houver qualquer tipo de carga.
Até à data apenas foi instalada uma bateria com capacidade de 3,8 kWh na sede da Muon Electric. O regime tarifário do edifício é tetra-horário, sendo o que o intervalo de tempo com energia mais barata é das 2h da manhã às 6h da manhã, denominado “Super Vazio”. A solução temporária encontrada foi: sabendo a potência de carga, a capacidade de armazenamento e a hora a que a bateria deve estar completamente carregada (fim do período super vazio, ou seja, 6h da manhã), é possível determinar a hora a que a bateria deve iniciar o seu carregamento.
𝐻𝑜𝑟𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 −
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 (3.1)
Contudo, sendo um edifício com dimensões relativamente grandes, mesmo durante o período de vazio, o consumo energético do edifício é grande o suficiente para descarregar completamente a bateria, que tem uma capacidade reduzida, não permitindo que este descarregamento se estenda até período de ponta, onde a poupança seria maximizada. Para além de que 3,8 kWh é um valor residual do consumo diário do edifício, pelo que mesmo que em funcionamento ótimo nunca se observaria uma poupança significativa com esta capacidade da bateria. Esta instalação serviu como teste piloto do
Os resultados obtidos são dados pela Figura 32, havendo simplesmente um load shift do período de super vazio para o de vazio.
Figura 32 - Histórico de Consumo RCT Power APP
Não sendo este o comportamento desejado para o sistema, o simulador foi desenvolvido de acordo com o que deveria ser esperado do sistema, pelo que, por exemplo, para um cliente com um consumo de aproximadamente 300kWh durante o mês de janeiro, usando uma bateria com capacidade de 3,8kWh, o novo diagrama de carga seria dado por:
3.3 Caso de Estudo 3
Para o mês de janeiro, ou seja, horário de Inverno, ciclo diário, tarifa bi-horária, as horas fora de vazio iniciam às 8h da manhã. Podemos observar que a bateria satisfez todas as necessidades energéticas durante aproximadamente as 8h seguintes. A poupança económica reflete-se no facto de que durante essas 8h, no período fora de vazio, ter sido consumida energia ao preço do período de vazio, sendo tidas em conta as eficiências da carga e descarga da bateria e do inversor. Esta poupança corresponde a cerca de 20% da fatura mensal.
O pico de consumo entre as 22h e as 23h30 pode ser achatado definindo uma potência de carga das baterias mais reduzida, tendo sempre em conta que é preciso que a bateria consiga carregar totalmente no período de vazio.
O investimento neste sistema, com capacidade de armazenamento de 3,8 kWh, corresponde a cerca de 4750€. É um valor muito elevado para esperar retorno no período de vida das baterias, usando apenas a diferença de preço entre o vazio e o fora de vazio.
Apesar de ainda estar em desenvolvimento, mesmo corrigindo a RCT Power APP, este modelo dificilmente se tornará economicamente vantajoso. No entanto, é uma opção viável para edifícios antigos que têm uma potência contratada limitada pelas condições de fornecimento de energia. Tendo, por vezes, picos de consumo, que provocam apagões, é possível criar um sistema off grid, em que o fornecimento de energia provém da bateria enquanto a ligação à rede não é reposta. Aqui, o retorno não seria monetário, mas seria a estabilidade do fornecimento de energia e, consequentemente o conforto.
Capítulo 4 – Conclusões e Desenvolvimentos Futuros
O objetivo desta dissertação era avaliar a viabilidade económica e o desempenho energético de um sistema electroprodutor com recurso a armazenamento. Em parceria com a Muon Electric foram criados dois modelos pela RCT Power: Modelo Só Armazenamento, que apenas dispõe de um conjunto de baterias e um inversor ligados à RESP e o Modelo com Produção e Armazenamento que adiciona um sistema de painéis fotovoltaicos ao primeiro. Estes modelos foram criados para simplificar, ao cliente, a transição do sistema convencional de consumo para um mais sustentável, associado a um ganho económico.
A hipótese de que os sistemas fotovoltaicos com recurso a armazenamento seriam uma opção economicamente viável, isto é, que a poupança associada ao autoconsumo imediato e ao armazenamento do excedente fotovoltaico para consumo posterior fosse um investimento rentável, é contrariada pelos resultados obtidos nesta dissertação. Modelos que não incluam produção fotovoltaica estão ainda mais distantes do ponto de rentabilidade.
O custo de armazenamento, 525€/kwh para a Power Battery 3.8, contabilizando apenas os módulos das baterias e o BMS, simplesmente não permite qualquer tipo de retorno financeiro do investimento.]
Fazendo uma análise puramente económica, o sistema de armazenamento só se tornaria um investimento viável, quando a energia que é armazenada, ou seja, excluindo a que é autoconsumida instantaneamente, conseguisse capitalizar o elevado investimento inicial durante o período de vida útil do equipamento. Esta hipótese está ainda mais distante da realidade do que a primeira. Os valores atualmente praticados na venda de baterias são demasiado elevados. O período de retorno varia consoante o tipo de instalação, mas para todos os casos é superior ao tempo de vida útil dos equipamentos, nunca permitindo reaver a quantia inicialmente investida. Os valores mais baixos estão situados entre os 12 e os 14 anos, para novas instalações, incluindo o autoconsumo instantâneo fornecido pelos painéis fotovoltaicos e podem mesmo ser superiores a 25 anos (Caso de Estudo 2 e 3). Por norma, períodos de retorno superiores a 25 anos são descartados, visto ser o tempo de vida dos painéis (equipamento com maior longevidade),
No entanto, o retorno não precisa de ser unicamente económico. A humanidade está cada vez mais consciente do seu impacto ambiental, e medidas mitigadoras como a transição para soluções energéticas mais sustentáveis são cada vez mais aceites, mesmo que a um custo elevado.
Uma alternativa para a redução do preço dos sistemas de armazenamento é a sua produção em massa. Mas para isso acontecer é necessário que indivíduos com mais posses monetárias tomem o primeiro passo e adquiram as baterias enquanto elas estão acima das possibilidades da maioria, de modo a que o mercado as torne acessíveis a todas as classes.
Sem o sistema de armazenamento, a instalação de sistemas fotovoltaicos para autoconsumo já se revelou atrativa, mas com menor taxa de autossuficiência.
Não havendo retorno financeiro, a venda deste produto passa pelo conforto e pela consciência ecológica associados à autossuficiência. Clientes com maior poder de compra são o atual alvo da Muon Electric.
A crescente penetração da produção fotovoltaica no SEN, devido ao seu desfasamento com o consumo, introduz um excesso de energia que provoca instabilidade na rede. Os painéis fotovoltaicos,
– Conclusões e Desenvolvimentos Futuros
no hemisfério norte, produzem mais energia se estiverem orientados a sul, mas isto faz com que o pico de energia seja por volta do meio dia, período com menor consumo
O estudo presente é alvo de certas limitações. A maioria dos valores utilizados são extrapolados de bibliotecas inexatas de produção fotovoltaica ou do consumo generalizado para o típico consumidor português. Porém, o objetivo do simulador é poder ser aplicado a uma panóplia diferenciada de casos, sacrificando a exatidão de certo caso em prol da possibilidade da sua aplicação a um conjunto maior de casos.
Concluindo, os kits fotovoltaicos não são uma opção economicamente viável, mas têm potencial para o ser num futuro a curto/médio prazo.
4.1 Desenvolvimentos Futuros
Esta dissertação provou que os kits fotovoltaicos com recurso a armazenamento conduzem a uma poupança efetiva na fatura energética e num aumento consequente da autossuficiência. No entanto, o preço ainda elevado dos sistemas de armazenamento afasta clientes financeiramente menos capazes. Como já foi referido, o objetivo da Muon Electric a longo prazo é nulificar a fatura energética. Para isso seria necessário a venda em massa dos sistemas RCT Power de modo a conseguir um preço mais competitivo.
Os modelos que não apresentam produção fotovoltaica não são de todo rentáveis e apesar de poderem ter algumas vantagens práticas, cingem-se a um nicho muito pequeno dos potenciais compradores. Para este modelo, o objetivo da Muon Electric, não é a venda de baterias para poupança económica, mas sim para uma agregação virtual de sistemas de armazenamento, criando uma “bateria dispersa” que usa a RESP como intermediário.
A Muon Electric, Lda. vê neste modelo a possibilidade de habitações sem hipótese de instalação de painéis fotovoltaicos poderem fazer parte de uma rede de armazenamento. Neste caso, a Muon teria controlo sobre a carga e descarga da bateria, via a RCT Power APP e poderia fazer uma troca de energia entre o excedente fotovoltaico de uma habitação e a capacidade de armazenamento de outra, usando a RESP como intermediário. A RCT Power APP ainda não o permite fazer, mas está a ser estudada essa possibilidade.
Uma das grandes dificuldades da produção de energia é a irregularidade. Um agregado de baterias controlado pela Muon Electric permitiria algum controlo sobre os picos de produção fotovoltaica, desfasados das horas de maior consumo, e a respetiva compensação em períodos de ponta. A Muon Electric pretende que todo o excesso de energia fotovoltaica injetada na rede seja contabilizado num saldo energético, em vez da sua normal remuneração, e, assim, também o déficit será associado a esse balanço, não sendo cobrado se for inferior.
Esta abordagem ainda é teórica e apresenta restringimentos legais e técnicos ainda por ultrapassar. A RCT Power APP teria de ser programada de modo a que um só utilizador, a Muon Electric, tivesse controlo sobre todas as baterias ligadas à RESP. Isto ainda não é tecnicamente possível, e mesmo que o fosse, ainda não existe legislação que permita e regule este tipo de controlo.
0 Referências Bibliográficas
Referências Bibliográficas
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Capítulo 5 - Anexos
5.1 Anexo A: Ficha Técnica Painel Solar JAP60S01-260W
Capítulo 5 - Anexos
5.2 Anexo A1: Ficha Técnica Painel Solar JAP60S01-260W
5.2 Anexo B: Ficha Técnica - RCT Power Battery
Capítulo 5 - Anexos
5.4 Anexo D: Ficha Técnica - RCT Power Storage AC
Capítulo 5 - Anexos
5.6 Anexo F: Resultados Económicos Caso de Estudo 1
ANO PRODUÇÃO PV [kWh] POUPANÇA NA FATURA RECEITA DOEXCEDENTE INVESTIMENTO CASH FLOW
CASH FLOW ACTUALIZADO CASH FLOW ACUMULADO AMORTIZAÇÃO 0 -8 246,49 € -8 246,49 € -8 246,49 € -8 246,49 € 1 2811,90 637,04 € 8,59 € 0,00 € 645,62 € 639,23 € -7 607,25 € 2 2727,54 633,85 € 8,54 € 0,00 € 642,40 € 629,74 € -6 977,51 € 3 2645,72 630,68 € 8,50 € 0,00 € 639,18 € 620,39 € -6 357,13 € 4 2566,34 627,53 € 8,46 € 0,00 € 635,99 € 611,17 € -5 745,95 € 5 2489,35 624,39 € 8,42 € 0,00 € 632,81 € 602,10 € -5 143,86 € 6 2414,67 621,27 € 8,37 € 0,00 € 629,64 € 593,15 € -4 550,70 € 7 2342,23 618,16 € 8,33 € 0,00 € 626,50 € 584,34 € -3 966,36 € 8 2271,97 615,07 € 8,29 € 0,00 € 623,36 € 575,67 € -3 390,69 € 9 2203,81 612,00 € 8,25 € 0,00 € 620,25 € 567,12 € -2 823,58 € 10 2137,69 608,94 € 8,21 € 0,00 € 617,15 € 558,69 € -2 264,88 € 11 2073,56 605,89 € 8,17 € 0,00 € 614,06 € 550,40 € -1 714,48 € 12 2011,36 602,86 € 8,13 € 0,00 € 610,99 € 542,22 € -1 172,26 € 13 1951,02 599,85 € 8,09 € 0,00 € 607,94 € 534,17 € -638,09 € 14 1892,48 596,85 € 8,05 € 0,00 € 604,90 € 526,24 € -111,85 € 15 1835,71 593,87 € 8,00 € 0,00 € 601,87 € 518,42 € 406,57 € 14,21576005 16 1780,64 590,90 € 7,96 € 0,00 € 598,86 € 510,72 € 917,29 € 17 1727,22 587,94 € 7,92 € 0,00 € 595,87 € 503,14 € 1 420,43 € 18 1675,40 585,00 € 7,89 € 0,00 € 592,89 € 495,66 € 1 916,09 € 19 1625,14 582,08 € 7,85 € 0,00 € 589,92 € 488,30 € 2 404,39 € 20 1576,39 579,17 € 7,81 € 0,00 € 586,97 € 481,05 € 2 885,45 € 21 1529,10 576,27 € 7,77 € 0,00 € 584,04 € 473,91 € 3 359,35 € 22 1483,22 573,39 € 7,73 € 0,00 € 581,12 € 466,87 € 3 826,22 € 23 1438,73 570,52 € 7,69 € 0,00 € 578,21 € 459,94 € 4 286,16 € 24 1395,56 567,67 € 7,65 € 0,00 € 575,32 € 453,10 € 4 739,26 € 25 1353,70 564,83 € 7,61 € 0,00 € 572,45 € 446,38 € 5 185,64 €
Capítulo 5 - Anexos
5.7 Anexo G: Resultados Económicos Caso de Estudo 2
ANO PRODUÇÃO PV
[kWh]
POUPANÇA NA FATURA
RECEITA DO
EXCEDENTE INVESTIMENTO CASH FLOW CASH FLOW ACT CASH FLOW ACUM AMORTIZAÇÃO
0 -4 745,14 € -4 745,14 € -4 745,14 € -4 745,14 € 1 2304,07 171,34 € 0,00 € 0,00 € 171,34 € 169,64 € -4 575,50 € 2 2234,94 170,48 € 0,00 € 0,00 € 170,48 € 167,12 € -4 408,37 € 3 2167,90 169,63 € 0,00 € 0,00 € 169,63 € 164,64 € -4 243,74 € 4 2102,86 168,78 € 0,00 € 0,00 € 168,78 € 162,19 € -4 081,54 € 5 2039,77 167,94 € 0,00 € 0,00 € 167,94 € 159,78 € -3 921,76 € 6 1978,58 167,10 € 0,00 € 0,00 € 167,10 € 157,41 € -3 764,35 € 7 1919,22 166,26 € 0,00 € 0,00 € 166,26 € 155,07 € -3 609,27 € 8 1861,65 165,43 € 0,00 € 0,00 € 165,43 € 152,77 € -3 456,50 € 9 1805,80 164,60 € 0,00 € 0,00 € 164,60 € 150,50 € -3 306,00 € 10 1751,62 163,78 € 0,00 € 0,00 € 163,78 € 148,27 € -3 157,73 € 11 1699,07 162,96 € 0,00 € 0,00 € 162,96 € 146,06 € -3 011,67 € 12 1648,10 162,14 € 0,00 € 0,00 € 162,14 € 143,90 € -2 867,77 € 13 1598,66 161,33 € 0,00 € 0,00 € 161,33 € 141,76 € -2 726,02 € 14 1550,70 160,53 € 0,00 € 0,00 € 160,53 € 139,65 € -2 586,36 € 15 1504,18 159,72 € 0,00 € 0,00 € 159,72 € 137,58 € -2 448,78 € 16 1459,05 158,93 € 0,00 € 0,00 € 158,93 € 135,54 € -2 313,25 € 17 1415,28 158,13 € 0,00 € 0,00 € 158,13 € 133,52 € -2 179,73 € 18 1372,82 157,34 € 0,00 € 0,00 € 157,34 € 131,54 € -2 048,19 € 19 1331,64 156,55 € 0,00 € 0,00 € 156,55 € 129,59 € -1 918,60 € 20 1291,69 155,77 € 0,00 € 0,00 € 155,77 € 127,66 € -1 790,94 € 21 1252,94 154,99 € 0,00 € 0,00 € 154,99 € 125,77 € -1 665,17 € 22 1215,35 154,22 € 0,00 € 0,00 € 154,22 € 123,90 € -1 541,28 €
Desempenho Energético e da Viabilidade Económica de Sistemas de Autoconsumo com recurso a Armazenamento